Verfahren zum Polieren von blankem Aluminium auf hohe optische Qualität

Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung präziser, hochwertiger gekrümmter oder flacher Spiegeloberflächen auf blanken Aluminiumsubstraten entwickelt. Der Prozess besteht aus (1) Diamantdrehen, um die gewünschte Oberflächenform zu erzielen, gefolgt von (2) einem Polierunterprozess, der bis auf die Zusammensetzung der Poliermasse größtenteils konventionell ist. Dieser Prozess kann eine Oberflächenform mit einer Genauigkeit von bis zu einem Rautiefefehler von nur 1/8 Wellenlänge (bei einer Wellenlänge von 6.328 Å) aufrechterhalten und eine Oberfläche erzeugen, die durch eine quadratische Rauheit von gekennzeichnet ist

Aufgrund der relativen Weichheit von Aluminium gab es bisher keine Möglichkeit, blankes Aluminium auf eine für präzise wissenschaftliche Instrumente geeignete optische Qualität zu polieren. Unter optimalen Bedingungen kann das Diamantdrehen verwendet werden, um eine Oberflächenfigur mit einem Fehler von nicht weniger als etwa 0,5 Wellenlängen und einer Oberflächenrauheit von nicht weniger als etwa 50 Å auf einem Aluminiumsubstrat zu erhalten. Um eine höhere optische Oberflächenqualität zu erzielen, war es erforderlich, eine dünne Schicht aus stromlosem Nickel auf einem diamantgedrehten Aluminiumsubstrat abzuscheiden und die Nickelschicht anschließend auf herkömmliche Weise zu polieren. Die Nachteile dieses Ansatzes bestehen darin, dass das Aufbringen von Nickel auf Aluminium schwierig und teuer ist, die thermische Spannung des Bimetalls die optische Oberfläche des Spiegels verzerren kann und die Gefahr besteht, dass die Nickelschicht an einer oder mehreren Stellen durchpoliert wird. Im letzteren Fall muss die gesamte Schicht entfernt, eine neue Nickelschicht aufgetragen und erneut mit dem Polieren begonnen werden.

Sowohl in der konventionellen Praxis als auch im vorliegenden Verfahren umfasst das Polieren die Verwendung eines Poliermittels, das mit einer Poliermasse und einem flüssigen Träger beschichtet ist und halbzufällig und wiederholt über die Substratoberfläche bewegt wird. Herkömmlicherweise ist der flüssige Träger häufig Wasser. Das Hauptmerkmal des vorliegenden Polierunterprozesses besteht darin, dass Tusche (entweder allein oder mit Wasser verdünnt) sowohl als Poliermittel als auch als flüssiger Träger verwendet wird. (In der Vergangenheit wurde Tusche auf diese Weise zum Polieren von Metallen verwendet, jedoch bisher nicht als Bestandteil eines integrierten Diamantdreh-/Polierverfahrens zur Endbearbeitung von Aluminium, um eine präzise Oberflächenform und eine hohe optische Qualität zu erzielen.)

Der vorliegende Polierteilprozess besteht aus zwei Schritten. Im ersten Schritt wird die diamantgedrehte Oberfläche mit einer Mischung aus 0,25 µm Diamantpulver, destilliertem Wasser und Tusche poliert. Im zweiten Schritt wird zunächst mit reiner Tusche poliert und anschließend langsam mit Wasser verdünnt. Das Polieren wird fortgesetzt, bis die gewünschte Spezifikation erreicht ist.

Der Erfolg dieses Prozesses wurde teilweise auf die Kohlenstoffpartikel in der Tusche zurückgeführt. Diese Partikel sind klein und hart genug, um die richtige Wirkung zwischen Substrat und Überlappung zu gewährleisten und so keine starken Kratzer oder Kaltfluss des Substrats zu verursachen. Darüber hinaus enthält der flüssige Anteil der Tinte eine ölige Basis, die beim Polieren als hervorragendes Schmiermittel dient. Nach Jahren des Experimentierens mit bekannten herkömmlichen Poliermaterialien und Kombinationen davon ist Tusche bislang das einzige Material, von dem bekannt ist, dass es zum Polieren von blankem Aluminium wirksam ist.

Diese Arbeit wurde von James J. Lyons und John J. Zaniewski vom Goddard Space Flight Center durchgeführt. Weitere Informationen finden Sie im kostenlosen Online-Zugriff auf das Technical Support Package (TSP) unter www.nasatech.com/tsp in der Kategorie „Manufacturing & Prototyping“.

Diese Erfindung ist Eigentum der NASA und wurde zum Patent angemeldet. Anfragen bezüglich einer nicht-exklusiven oder exklusiven Lizenz für die kommerzielle Entwicklung sollten an gerichtet werden

Siehe GSC-14147.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Februarausgabe 2001 des NASA Tech Briefs Magazine.

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